CN213862665U - 一种双层倾转翼水上无人机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种双层倾转翼水上无人机，包括纵梁、前后立柱、上层倾转翼、螺旋桨及发动机、下层倾转翼、浮筒。纵梁为空心结构，两端与前后立柱固定，前部、前腹部和后腹部安装有摄像头，内部设置有飞行控制器。前后立柱为空心结构，内部与纵梁相通便于布设电缆，前后立柱内部均安装有三根曲轴，中部曲轴与舵机同轴，通过连杆驱动上部、下部曲轴，上部曲轴与左右两侧上层倾转翼同轴，左右上层倾转翼前缘分别设置螺旋桨及驱动电动机；下部曲轴与左右两侧下层倾转翼同轴，左右下层倾转翼外侧外挂浮筒。前立柱上部安装定位导航仪天线，下部安装测深声呐。通过本实用新型，能提高无人机在空中飞行速度和在水面航行速度，减少起飞过程能源消耗。

Description

一种双层倾转翼水上无人机

技术领域

本实用新型涉及一种双层倾转翼水上无人机，属于水上无人机技术领域。

背景技术

水上无人机不需要飞行员驾驶，因为其体积小、重量轻、成本低等优势，在水利勘测、资源保护、海事搜救、国防建设等领域的需求量越来越大。无人机与有人驾驶飞机相似，主要可以分为固定翼飞机和旋翼飞机两种。固定翼飞机利用螺旋桨产生向前推力，利用固定翼产生向上升力，所以飞行距离远、速度高、能耗低，但是需要较大起降场地；旋翼飞机利用旋翼产生升力和推力，可以垂直起降、空中悬停，但是飞行距离短、速度低、能耗高。为了克服固定翼飞机和旋翼飞机各自的缺陷，出现了倾转翼飞机，既有固定翼、又有旋翼。倾转翼飞机有两种：第一种是旋翼的螺旋桨及电动机倾转，固定翼不倾转；第二种是旋翼的螺旋桨及电动机随固定翼一起倾转。第一种倾转翼飞机垂直起飞时，固定翼遮挡气流；第二种倾转翼飞机垂直起飞时，固定翼不遮挡气流。两种倾转翼飞机在从垂直起飞转换到平飞的过程中，飞行速度较小，固定翼产生向上升力就小，因而容易发生坠机。倾转翼水上无人机需要增加浮筒，起飞过程阻力更大。研究一种起飞过程阻力小、固定翼升力大的倾转翼水上无人机具有现实意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有问题的不足，提供了一种双层倾转翼水上无人机。

本实用新型的技术方案是：一种双层倾转翼水上无人机，包括纵梁、前立柱、后立柱，纵梁两端与前立柱、后立柱固定，形成水上无人机机身；

其特征在于：所述纵梁、前立柱、后立柱皆为空心结构，内部相通，便于布设电缆；

所述前立柱内部安装有前上部曲轴、前中部曲轴、前下部曲轴、前连杆、前倾转翼舵机，前连杆与前上部曲轴、前中部曲轴、前下部曲轴铰接，前倾转翼舵机与前中部曲轴同轴，通过前连杆驱动前上部曲轴、前下部曲轴同步转动；

所述后立柱内部安装有后上部曲轴、后中部曲轴、后下部曲轴、后连杆、后倾转翼舵机，后连杆与后上部曲轴、后中部曲轴、后下部曲轴铰接，后倾转翼舵机与后中部曲轴同轴，通过后连杆驱动后上部曲轴、后下部曲轴同步转动；

所述前上部曲轴左右两侧设有与前上部曲轴同轴的前上层倾转翼，左右两侧的前上层倾转翼前缘均设置有前螺旋桨及第一驱动电动机，第一驱动电动机的动力输出轴与前螺旋桨固定连接，第一驱动电动机与前螺旋桨同轴；

所述后上部曲轴左右两侧设有与后上部曲轴同轴的后上层倾转翼，左右两侧的后上层倾转翼前缘均设置有后螺旋桨及第二驱动电动机，第二驱动电动机的动力输出轴与后螺旋桨固定连接，第二驱动电动机与后螺旋桨同轴；

所述前下部曲轴左右两侧设有与前下部曲轴同轴的前下层倾转翼，左右两侧的前下层倾转翼外侧分别连接左侧浮筒前部、右侧浮筒前部；

所述后下部曲轴左右两侧设有与后下部曲轴同轴的后下层倾转翼，左右两侧的后下层倾转翼外侧分别连接左侧浮筒后部、右侧浮筒后部；

所述左侧浮筒、右侧浮筒分别安置左侧电池箱、右侧电池箱；

所述纵梁下部安装有前腹部摄像头、后腹部摄像头，内部设置有飞行控制器；

所述前立柱前部安装有前摄像头，上部安装定位导航仪天线，下部安装测深声呐；

所述飞行控制器与左侧电池箱、右侧电池箱与连接；所述前摄像头、前腹部摄像头、后腹部摄像头、定位导航仪天线、测深声呐、前倾转翼舵机、后倾转翼舵机、前螺旋桨及第一驱动电动机、后螺旋桨及第二驱动电动机与飞行控制器连接。

所述前摄像头、前腹部摄像头、后腹部摄像头均高于水面。

所述前上层倾转翼、后上层倾转翼、前下层倾转翼、后下层倾转翼能在水平方向和竖直方向之间倾转，倾转角度不小于90°。

左边的前螺旋桨与右边的前螺旋桨之间距离大于前螺旋桨的直径，左边后螺旋桨与右边后螺旋桨之间距离大于后螺旋桨的直径。

所述左侧浮筒、右侧浮筒均未完全浸没在水面以下。

所述左侧电池箱、右侧电池箱均分别位于左侧浮筒、右侧浮筒的中下部。

所述飞行控制器通过防水电缆及电缆连接器连接前螺旋桨的同轴第一驱动电动机、后螺旋桨的同轴第二驱动电动机，飞行控制器控制第一驱动电动机、第二驱动电动机的转动，带动前螺旋桨、后螺旋桨的转动，并通过控制第一驱动电动机、第二驱动电动机的转速来控制前螺旋桨、后螺旋桨转速；

所述前倾转翼舵机、后倾转翼舵机分别与前中部曲轴、后中部曲轴的定轴同轴，前中部曲轴、后中部曲轴的动轴分别与前连杆、后连杆的中部铰接；前连杆、后连杆的上部分别与前上部曲轴、后上部曲轴的动轴铰接；前连杆、后连杆的下部分别与前下部曲轴、后下部曲轴的动轴铰接；前上部曲轴、后上部曲轴的定轴分别与前上层倾转翼、后上层倾转翼的转轴固定；前下部曲轴、后下部曲轴的定轴分别与前下层倾转翼、后下层倾转翼的转轴固定；

当前倾转翼舵机、后倾转翼舵机转动时，带动前上层倾转翼、后上层倾转翼、前下层倾转翼、后下层倾转翼同转向、同转速倾转。

所述飞行控制器通过防水电缆及电缆连接器连接前倾转翼舵机、后倾转翼舵机，控制前倾转翼舵机、后倾转翼舵机的转向和转速。

所述飞行控制器通过防水电缆及电缆连接器连接前摄像头、前腹部摄像头、后腹部摄像头，获取前方和下方图像信息；前腹部摄像头、后腹部摄像头可提供双目立体视觉；

所述飞行控制器通过防水电缆及电缆连接器连接上部安装的定位导航仪天线、下部安装的测深声呐，可以获得无人机的位置信息和水下信息。

本实用新型先进科学，通过本实用新型，提供的一种双层倾转翼水上无人机，包括纵梁、前后立柱、上层倾转翼（包括前上层倾转翼、后上层倾转翼）、螺旋桨（包括前螺旋桨、后螺旋桨）及电动机（包括第一驱动电动机、第二驱动电动机）、下层倾转翼（包括前下层倾转翼、后下层倾转翼）、浮筒（包括左侧浮筒、右侧浮筒）。纵梁两端与前后立柱固定，前后立柱内部均安装有三根曲轴，中部曲轴与舵机同轴，通过连杆驱动上下曲轴，上曲轴与左右两侧上层倾转翼同轴，左右上层倾转翼前缘分别设置螺旋桨及电动机；下部曲轴与左右两侧下层倾转翼同轴，左右下层倾转翼外侧外挂浮筒，左右两侧浮筒分别安置电池箱。通过本实用新型，增加了下层倾转翼，解决了起飞过程阻力大、固定翼升力小的问题。

双层倾转翼水上无人机兼有无人机和无人船的功能，能在陆地和水面垂直起降、滑行起降，能在空中悬停，能在水面航行。垂直起飞时，上层倾转翼、下层倾转翼处于竖直方向，不遮挡气流，阻力小；在从垂直起飞转换到平飞的过程中，固定翼面积增加，升力增大；在水面低速航行时，下层倾转翼处于水平方向，增加了浮力，水阻力小；在水面高速航行时，下层倾转翼具有水翼功能，水阻力更小；在水面滑行起飞时，下层倾转翼具有水翼功能，起飞距离缩短。本实用新型水上无人机能提高无人机在空中飞行速度和在水面航行速度，减少起飞过程能源消耗，增加续航里程。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型另一方向的结构示意图；

图3为本实用新型水面航行时示意图；

图4为本实用新型垂直起降时示意图；

图中：1纵梁、2-1前摄像头、2-2前腹部摄像头、2-3后腹部摄像头、3飞行控制器、4定位导航仪天线、5测深声呐、6-1前立柱、6-2后立柱、7-1前上部曲轴、7-2后上部曲轴、8-1前中部曲轴、8-2后中部曲轴、9-1前下部曲轴、9-2后下部曲轴、10-1前连杆、10-2后连杆、11-1前上层倾转翼、11-2后上层倾转翼、12-1前螺旋桨、12-2后螺旋桨、13-1前下层倾转翼、13-2后下层倾转翼、14-1左侧浮筒、14-2右侧浮筒、15-1左侧电池箱、15-2右侧电池箱、16水面、17-1前倾转翼舵机、17-2后倾转翼舵机。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限制本实用新型的范围。

如图1所示：一种双层倾转翼水上无人机，包括纵梁1、前立柱6-1、后立柱6-2，纵梁1两端与前立柱6-1、后立柱6-2固定，形成水上无人机机身。在本实施例中前立柱6-1位于左侧，后立柱6-2位于右侧。

前立柱6-1内部安装有前上部曲轴7-1、前中部曲轴8-1、前下部曲轴9-1、前连杆10-1、前倾转翼舵机17-1，前连杆10-1与前上部曲轴7-1、前中部曲轴8-1、前下部曲轴9-1铰接，前倾转翼舵机17-1与前中部曲轴8-1同轴，通过前连杆10-1驱动前上部曲轴7-1、前下部曲轴9-1同步转动。前倾转翼舵机17-1逆时针转动，前中部曲轴8-1随之逆时针转动，带动前连杆10-1向下运动，带动前上部曲轴7-1、前下部曲轴9-1逆时针转动，带动前上层倾转翼11-1、前下层倾转翼13-1逆时针转动，最后处于水平位置，如图3所示。前倾转翼舵机17-1顺时针转动，前中部曲轴8-1随之顺时针转动，带动前连杆10-1向上运动，带动前上部曲轴7-1、前下部曲轴9-1顺时针转动，带动前上层倾转翼11-1、前下层倾转翼13-1顺时针转动，最后处于竖直位置，如图4所示。

后立柱6-2内部安装有后上部曲轴7-2、后中部曲轴8-2、后下部曲轴9-2、后连杆10-2、后倾转翼舵机17-2，后连杆10-2与后上部曲轴7-2、后中部曲轴8-2、后下部曲轴9-2铰接，后倾转翼舵机17-2与后中部曲轴8-2同轴，通过后连杆10-2驱动后上部曲轴7-2、后下部曲轴9-2同步转动。后倾转翼舵机17-2逆时针转动，后中部曲轴8-2随之逆时针转动，带动后连杆10-2向下运动，带动后上部曲轴7-2、后下部曲轴9-2逆时针转动，带动后上层倾转翼11-2、后下层倾转翼13-2逆时针转动，最后处于水平位置，如图3所示。后倾转翼舵机17-2顺时针转动，后中部曲轴8-2随之顺时针转动，带动后连杆10-2向上运动，带动后上部曲轴7-2、后下部曲轴9-2顺时针转动，带动后上层倾转翼11-12、后下层倾转翼13-2顺时针转动，最后处于竖直位置，如图4所示。

如图2所示：左侧浮筒14-1、右侧浮筒14-2均未完全浸没在水面16以下。左侧电池箱15-1、右侧电池箱15-2均分别位于左侧浮筒14-1、右侧浮筒14-2的中下部。电池箱应具有防漏水、防短路功能。

左边的前螺旋桨12-1与右边的前螺旋桨12-1之间距离大于前螺旋桨12-1的直径，左边后螺旋桨12-2与右边后螺旋桨12-2之间距离大于后螺旋桨12-2的直径。左右螺旋桨推力方向相同时，旋转转向必须相反，以防止机身倾斜。左右前螺旋桨及电动机12-1、左右后螺旋桨及电动机12-2均须高于水面16。

图1左侧为无人机前侧，右侧为后侧，图1里侧为左侧，外侧为右侧。

左侧电池箱15-1、右侧电池箱15-2通过防水电缆及电缆连接器与飞行控制器连接，并供电。

飞行控制器通过防水电缆及电缆连接器连接前螺旋桨12-1的同轴第一驱动电动机（左右各1个前螺旋桨12-1及第一驱动电动机）、后螺旋桨12-2的同轴第二驱动电动机（左右各1个后螺旋桨12-2及第二驱动电动机），并提供可调驱动电压，控制前螺旋桨12-1、后螺旋桨12-2转速。

飞行控制器通过防水电缆及电缆连接器连接前倾转翼舵机17-1、后倾转翼舵机17-2，并提供可调驱动电压，控制其转向和转速。

前倾转翼舵机17-1、后倾转翼舵机17-2分别与前中部曲轴8-1、后中部曲轴8-2定轴同轴，前中部曲轴8-1、后中部曲轴8-2的动轴与前连杆10-1、后连杆10-2的中部铰接。前连杆10-1、后连杆10-2的上部分别与前上部曲轴7-1、后上部曲轴7-2的动轴铰接；前连杆10-1、后连杆10-2的下部分别与前下部曲轴9-1、后下部曲轴9-2的动轴铰接。前上部曲轴7-1、后上部曲轴7-2的定轴分别前上层倾转翼11-1（左右各1个）、后上层倾转翼11-2（左右各1个）的转轴固定；前下部曲轴9-1、后下部曲轴9-2的定轴分别与前下层倾转翼13-1（左右各1个）、后下层倾转翼13-2（左右各1个）的转轴固定。

当前倾转翼舵机17-1、后倾转翼舵机17-2转动时，通过曲轴连杆结构带动前上层倾转翼11-1（左右各1个）、后上层倾转翼11-2（左右各1个）、前下层倾转翼13-1（左右各1个）、后下层倾转翼13-2（左右各1个）同转向、同转速倾转。

飞行控制器通过防水电缆及电缆连接器连接前摄像头2-1、前腹部摄像头2-2、后腹部摄像头2-3，获取前方和下方图像信息。前腹部摄像头2-1、后腹部摄像头2-3可以提供双目立体视觉。

飞行控制器通过防水电缆及电缆连接器连接上部安装定位导航仪天线4，下部安装测深声呐5，可以获得无人机的位置信息和水下信息。

飞行控制器内部有6轴陀螺仪，可以提供无人机的飞行姿态。

Claims (9)

1.一种双层倾转翼水上无人机，包括纵梁（1）、前立柱（6-1）、后立柱（6-2），纵梁（1）两端与前立柱（6-1）、后立柱（6-2）固定，形成水上无人机机身；

其特征在于：所述纵梁（1）、前立柱（6-1）、后立柱（6-2）皆为空心结构，内部相通，便于布设电缆；

所述前立柱（6-1）内部安装有前上部曲轴（7-1）、前中部曲轴（8-1）、前下部曲轴（9-1）、前连杆（10-1）、前倾转翼舵机（17-1），前连杆（10-1）与前上部曲轴（7-1）、前中部曲轴（8-1）、前下部曲轴（9-1）铰接，前倾转翼舵机（17-1）与前中部曲轴（8-1）同轴，通过前连杆（10-1）驱动前上部曲轴（7-1）、前下部曲轴（9-1）同步转动；

所述后立柱（6-2）内部安装有后上部曲轴（7-2）、后中部曲轴（8-2）、后下部曲轴（9-2）、后连杆（10-2）、后倾转翼舵机（17-2），后连杆（10-2）与后上部曲轴（7-2）、后中部曲轴（8-2）、后下部曲轴（9-2）铰接，后倾转翼舵机（17-2）与后中部曲轴（8-2）同轴，通过后连杆（10-2）驱动后上部曲轴（7-2）、后下部曲轴（9-2）同步转动；

所述前上部曲轴（7-1）左右两侧设有与前上部曲轴（7-1）同轴的前上层倾转翼（11-1），左右两侧的前上层倾转翼（11-1）前缘均设置有前螺旋桨（12-1）及第一驱动电动机，第一驱动电动机的动力输出轴与前螺旋桨（12-1）固定连接，第一驱动电动机与前螺旋桨（12-1）同轴；

所述后上部曲轴（7-2）左右两侧设有与后上部曲轴（7-2）同轴的后上层倾转翼（11-2），左右两侧的后上层倾转翼（11-2）前缘均设置有后螺旋桨（12-2）及第二驱动电动机，第二驱动电动机的动力输出轴与后螺旋桨（12-2）固定连接，第二驱动电动机与后螺旋桨（12-2）同轴；

所述前下部曲轴（9-1）左右两侧设有与前下部曲轴（9-1）同轴的前下层倾转翼（13-1），左右两侧的前下层倾转翼（13-1）外侧分别连接左侧浮筒（14-1）前部、右侧浮筒（14-2）前部；

所述后下部曲轴（9-2）左右两侧设有与后下部曲轴（9-2）同轴的后下层倾转翼（13-2），左右两侧的后下层倾转翼（13-2）外侧分别连接左侧浮筒（14-1）后部、右侧浮筒（14-2）后部；

所述左侧浮筒（14-1）、右侧浮筒（14-2）分别安置左侧电池箱（15-1）、右侧电池箱（15-2）；

所述纵梁（1）下部安装有前腹部摄像头（2-2）、后腹部摄像头（2-3），内部设置有飞行控制器（3）；

所述前立柱（6-1）前部安装有前摄像头（2-1），上部安装定位导航仪天线（4），下部安装测深声呐（5）；

所述飞行控制器（3）与左侧电池箱（15-1）、右侧电池箱（15-2）与连接；所述前摄像头（2-1）、前腹部摄像头（2-2）、后腹部摄像头（2-3）、定位导航仪天线（4）、测深声呐（5）、前倾转翼舵机（17-1）、后倾转翼舵机（17-2）、第一驱动电动机、第二驱动电动机与飞行控制器（3）连接。

2.根据权利要求1所述的一种双层倾转翼水上无人机，其特征是：所述前摄像头（2-1）、前腹部摄像头（2-2）、后腹部摄像头（2-3）均高于水面（16）。

3.根据权利要求1所述的一种双层倾转翼水上无人机，其特征是：前上层倾转翼（11-1）、后上层倾转翼（11-2）、前下层倾转翼（13-1）、后下层倾转翼（13-2）能在水平方向和竖直方向之间倾转，倾转角度不小于90°。

4.根据权利要求1所述的一种双层倾转翼水上无人机，其特征是：左边的前螺旋桨（12-1）与右边的前螺旋桨（12-1）之间距离大于前螺旋桨（12-1）的直径，左边后螺旋桨（12-2）与右边后螺旋桨（12-2）之间距离大于后螺旋桨（12-2）的直径。

5.根据权利要求1所述的一种双层倾转翼水上无人机，其特征是：左侧浮筒（14-1）、右侧浮筒（14-2）均未完全浸没在水面（16）以下。

6.根据权利要求1所述的一种双层倾转翼水上无人机，其特征是：左侧电池箱（15-1）、右侧电池箱（15-2）均分别位于左侧浮筒（14-1）、右侧浮筒（14-2）的中下部。

7.根据权利要求1所述的一种双层倾转翼水上无人机，其特征是：

飞行控制器（3）通过防水电缆及电缆连接器连接前螺旋桨（12-1）的同轴第一驱动电动机、后螺旋桨（12-2）的同轴第二驱动电动机，飞行控制器（3）控制第一驱动电动机、第二驱动电动机的转动带动前螺旋桨（12-1）、后螺旋桨（12-2）的转动，并通过控制第一驱动电动机、第二驱动电动机的转速来控制前螺旋桨、后螺旋桨转速；

所述前倾转翼舵机（17-1）、后倾转翼舵机（17-2）分别与前中部曲轴（8-1）、后中部曲轴（8-2）定轴同轴，前中部曲轴（8-1）、后中部曲轴（8-2）的动轴分别与前连杆（10-1）、后连杆（10-2）的中部铰接；前连杆（10-1）、后连杆（10-2）的上部分别与前上部曲轴（7-1）、后上部曲轴（7-2）的动轴铰接；前连杆（10-1）、后连杆（10-2）的下部分别与前下部曲轴（9-1）、后下部曲轴（9-2）的动轴铰接；前上部曲轴（7-1）、后上部曲轴（7-2）的定轴分别与前上层倾转翼（11-1）、后上层倾转翼（11-2）的转轴固定；前下部曲轴（9-1）、后下部曲轴（9-2）的定轴分别与前下层倾转翼（13-1）、后下层倾转翼（13-2）的转轴固定；

当前倾转翼舵机（17-1）、后倾转翼舵机（17-2）转动时，带动前上层倾转翼（11-1）、后上层倾转翼（11-2）、前下层倾转翼（13-1）、后下层倾转翼（13-2）同转向、同转速倾转。

8.根据权利要求1所述的一种双层倾转翼水上无人机，其特征是：

所述飞行控制器（3）通过防水电缆及电缆连接器连接前倾转翼舵机（17-1）、后倾转翼舵机（17-2），控制前倾转翼舵机（17-1）、后倾转翼舵机（17-2）的转向和转速。

9.根据权利要求1所述的一种双层倾转翼水上无人机，其特征是：

所述飞行控制器（3）通过防水电缆及电缆连接器连接前摄像头（2-1）、前腹部摄像头（2-2）、后腹部摄像头（2-3），获取前方和下方图像信息；前腹部摄像头（2-2）、后腹部摄像头（2-3）可提供双目立体视觉；

所述飞行控制器（3）通过防水电缆及电缆连接器连接上部安装的定位导航仪天线（4）、下部安装的测深声呐（5），可以获得无人机的位置信息和水下信息；

所述飞行控制器（3）内部有6轴陀螺仪，可以获取无人机的飞行姿态。

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